中心化子和正規化子

群論中，一個群 $G$ 的子集 $S$ 的中心化子（英語：Centralizer）$C_{G}(S)$ 是 $G$ 中與所有 $S$ 的元素滿足交換律的元素組成的集合； $S$ 的正規化子（英語：Normalizer） $N_{G}(S)$ 是 $G$ 中使 $S$ 關於 $g$ 的共軛類等於 $S$ 的元素 $g$ 組成的集合，此條件較上述中心化子的條件弱。

中心化子和正規化子都是 $G$ 的子群。它們分別給出對 $S$ 的元素和 $S$ 整體的限制。對某些子集 $S$ ，這些子群能夠給出關於群 $G$ 結構的資訊。

定義

中心化子

令 $G$ 為一個群， $S$ 為 $G$ 的一個子集，我們定義一個由 $G$ 中與每一個 $S$ 的元素 $s$ 可交換的元素組成的集合，記做 $C_{G}(S)$；換言之，

$C_{G}(S)=\{x\in G\mid \forall s\in S,xs=sx\}$。

若 $H$ 為 $G$ 的子群且 $S\subseteq H$ ，則 $C_{H}(S)=C_{G}(S)\cap H$。

特別的，當 $S$ 為單元素集合 $S=\{a\}$ 時，我們會將其中心化子簡寫為 $C_{G}(S)=C_{G}(a)$。

群的中心

群 $G$ 的中心是 $C_{G}(G)$ ，通常記作 $Z(G)$ 。一個群的中心既是正規子群也是交換群，而且有很多其它重要屬性。我們可以將 $a$ 的中心化子視作 $G$ 中最大（用包含關係作為比較大小的依據）的子群 $H$ ，使得 $a$ 屬於其中心 $Z(H)$ 。

正規化子

$S$ 在 $G$ 中的正規化子記作 $N_{G}(S)$ 或 $N(S)$ 。正規化子定義為 $N(S)=\{x\in G\mid xS=Sx\}$ 。同樣的是， $N(S)$ 是 $G$ 的子群。

正規化子得名於 $N(S)$ 是 $G$ 中包含由 $\langle S\rangle$ 且 $\langle S\rangle$ 為正規子群的最大子群，其中 $\langle S\rangle$ 是由 $S$ 生成的子群。

包括 $\langle S\rangle$ 且 $\langle S\rangle$ 為其正規子群的最小的 $G$ 的子群稱為共軛閉包。

如果 $N_{G}(H)=H$ ，則子群 $H$ 稱為 $G$ 的自正規化子群。

性質

若 $G$ 是交換群，則任何 $G$ 的子集的中心化子和正規化子都包含 $G$ 所有的元素；特別地，一個群可交換，當且僅當 $Z(G)=G$ 。

若 $a$ 和 $b$ 是 $G$ 的任意元素，則 $a$ 在 $C_{G}(b)$ 中當且僅當 $b$ 在 $C_{G}(a)$ 中，這又亦等價於 $a$ 和 $b$ 可交換（ $ab=ba$ ）。

若 $S$ 為單元素集合 $S=\{a\}$ ，則 $N_{G}(S)=C_{G}(S)=C_{G}(a)$。

$C_{G}(S)$ 總是 $N_{G}(S)$ 的正規子群：若 $c$ 屬於 $C_{G}(S)$ 而 $n$ 屬於 $N_{G}(S)$ ，我們需要證明 $n^{-1}cn$ 屬於 $C_{G}(S)$ 。 為此，取 $s$ 屬於 $S$ 並令 $t=nsn^{-1}$ 。則 $t$ 屬於 $S$ ，所以 $ct=tc$ 。注意到 $ns=tn$ ；以及 $n^{-1}t=sn^{-1}$ 。我們有

$(n^{-1}cn)s=(n^{-1}c)tn=n^{-1}(tc)n=(sn^{-1})cn=s(n^{-1}cn)$

這也就是要證明的命題。

若H是G的子群，則N/C定理表明因子群N(H)/C(H)同構於Aut(H)（H的自同構群）的子群。

因為N_G(G) = G，N/C定理也意味着G/Z(G)同構於Inn(G)（由所有G的內自同構組成的Aut(G)的子群）。

如果我們通過T(x)(g) = T_x(g) = xgx ⁻¹定義群同態 T : G → Inn(G)，則我們可以用Inn("G")在G上的群作用來表述N(S)和C(S)：S在Inn(G)中的定點子群就是T(N(S))，而Inn(G)中固定S的子群就是T（C(S)）。

共軛類方程

主條目：共軛類 § 共軛類方程式

若 $G$ 為有限群，考慮 $S$ 共軛到自身的群作用，並應用軌道-穩定點定理，

G的核為$|\ker \rho |=|Z(G)|$

G的軌道為$|G\cdot x_{i}|=|G:C_{G}(x_{i})|$

類方程：

$|G|=|Z(G)|+\sum _{i}|G:C_{G}(x_{i})|$